熊育祥

(黔南州水利水電設計研究院，貴州?都勻?558000)

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高車水庫混凝土砌石拱壩基礎優(yōu)化設計

熊育祥

(黔南州水利水電設計研究院，貴州?都勻?558000)

大壩基礎開挖深度根據初步設計鉆孔資料推測，存在以點代面局限性，難以反映整個基礎建基面實際巖性的特征，施工圖設計時按推測建基面高程進行開挖控制，往往造成不必要的超挖超填現象，從而增加工程投資和工期。高車水庫大壩工程施工階段對大壩基礎開挖前進行基礎聲波檢測分析，根據檢測結果對基礎開挖進行控制，在滿足大壩基礎建基要求前提下，調整基礎建基高程，從而達到優(yōu)化設計、減小工程量和縮短工期目的。表2個。

水庫；大壩；基礎開挖；優(yōu)化設計

1 工程概況

高車水庫位于貴州省福泉市圍阻河上，主要任務是作為福泉市城區(qū)生活用水及工業(yè)用水的供水水源，水庫正常蓄水位925.00 m，校核洪水位929.70 m，總庫容1 755萬m3。設計擋水建筑物為C15細石混凝土砌毛石雙曲拱壩，壩頂高程930.00 m，設計建基面最低高程888.30 m，最大壩高41.7 m，壩體上、下游壩面采用M10水泥砂漿砌C20混凝土預制塊，采用C20混凝土防滲；泄水建筑物布置于河床壩段，為無閘控制的表孔泄洪方式，溢流堰頂高程925.00 m，溢流前緣總長49 m，設置人行橋墩。堰體采用WES型堰面曲線，挑流消能方式，取水及放空、沖砂底孔建筑物布置于右壩段。

2 優(yōu)化設計

2.1 大壩基礎初步設計

高車水庫大壩工程在初步設計過程中，對河床段偏右岸進行了鉆孔勘探(ZK3)及取芯樣巖芯試驗等基礎地質勘測工作。根據該鉆孔地勘資料分析，河床基礎巖體為中厚層白云巖，強風化層深約4 m，弱風化層深約7.3 m。根據設計壩型對地基條件的要求，確定河床弱風化巖體下部作為壩基基礎，為此初步設計確定大壩設計建基面為886.00 m高程，施工圖設計以886.00 m高程為大壩設計建基面為依據。

2.2 設計變更依據

在項目實施后，為進一步探明河床基礎地質情況，設計在河床開挖爆破前利用鉆爆孔對大壩基礎基巖進行聲波測試，檢測開挖前、后大壩基礎基巖單孔和跨孔聲波變化。

覆蓋層開挖完成至巖基開挖前，在左岸及壩中部壩基巖體上布置7個單孔和20對跨孔聲波測試，完成單孔測點114點，跨孔測點321點?？缈茁暡y試鉆孔孔口平均高程為894.0 m，分別布置在壩基左岸及中部巖體上，測試基巖為白云巖。從巖體跨孔聲波測試結果分析表明，測試段大部分巖體平均波速均在4 000 m/s到5 000 m/s；說明在889.00 m高程以下大壩基礎巖體較完整，測試巖體完整性較好。中部4、5號孔在6 m深處局部測點波速偏低，反映鉆孔部分巖體有集中裂隙發(fā)育，裂隙膠接較差(見表1)。

在基礎巖基開挖至平均高程889.60 m時，揭示建基面巖基完整性較好，局部裂隙已基本閉合，右岸偏中部出現2條夾泥裂隙，與開挖前檢測結果基本吻合。為進一步探明開挖后基巖完整性和裂隙發(fā)展情況及爆破對基礎巖體的影響等，再次委托檢測單位在平均高程面889.60 m進行鉆孔跨孔聲波檢測，鉆孔深度約3.8 m。測孔布置在左右岸及壩中偏右岸的巖基面(平均高程889.60 m)，共布置11對鉆孔跨孔聲波檢測分析，各對鉆孔間距在1.35～2.86 m，檢測的3個部位壩基巖體均為白云巖，各測試孔均能充滿水。

表1 單孔聲波測試成果

檢測數據結果統(tǒng)計說明，888.30 m高程基礎以下巖體縱波速最小值均在3 500 m/s以上，平均值均大于4 000 m/s，與開挖前聲波檢測結果基本一致。說明888.30 m高程以下基巖已達到微風化巖體，符合初設階段設計建基面要求，且?guī)r體較初設階段分析基礎地質情況好。

根據開挖前后基礎聲波測試結果，按《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規(guī)范》(SL 47—94)中彈性波縱波波速檢測方法進行分析和判斷基礎巖石質量。同部位的爆破破壞或基礎巖體質量標準，其變化率為：

η=1-(CP2/CP1)

式中，CP2為爆后波速；CP1為爆破前波速。

判斷：當η>10%時，爆破影響或基礎巖體質量差。根據測孔平面位置相近同部位在開挖前后888.3 m高程檢測波速共8組(見表2)。

表2 開挖前、后888.3 m高程同位置巖體檢測波速統(tǒng)計

從表2可知，η值大都在規(guī)范要求的10%以下，說明大壩基礎開挖后，在平均高程888.30 m巖體受爆破影響較小。認為888.30 m高程巖基面可滿足大壩建基面要求，為此施工圖設計階段按建基面由原來的886.00 m高程調整至平均高程888.30 m。

2.3 變更設計后對工程影響

大壩基礎開挖并處理至888.30 m高程面時，大部分裂隙已閉合，開挖揭示河床段偏右岸有2條順河向切割較深的夾泥裂隙，巖體的完整性相對較差，風化也相對較深，設計按規(guī)范要求對出露裂隙提出處理要求。開挖處理完成的大壩基礎面經過專家現場驗收認定，認為建基面由原886.00 m高程提高至888.30 m高程滿足大壩設計建基面要求。

在建基面提高至888.30 m高程后，為便于大壩穩(wěn)定和應力復核，設計調整起拱高程至890.00 m，并對大壩設計調整后的壩體進行穩(wěn)定復核計算；經復核整體穩(wěn)定和應力均滿足大壩設計規(guī)范要求。同時，提高建基面高程設計后，可減少開挖工程量1 560 m3，減少回填工程量1 560 m3，從而降低工程直接投資。

設計分析認為，大壩基礎開挖并處理至888.30 m高程時，基礎巖基面滿足大壩基礎建基面設計要求，大壩建基面由原初設886.00 m 提高至888.30 m技術方案可行，同時對大壩應力穩(wěn)定沒有影響，且節(jié)省工程投資。

3 結 語

因水利工程前期工作經費投入的限制，致使設計單位在前期工程設計，特別是對工程地質勘探工作投入的局限性，使大壩基礎勘探工作量偏少，導致設計對大壩整體基礎巖石風化深度、巖石裂隙發(fā)育情況等推測存在一定的偏差。在工程進入實施階段后，利用基礎開挖鉆爆孔進行補充探測，進一步分析和判斷基礎巖石完整性和裂隙分布，合理地進行基礎建基面高程調整和指導基礎開挖方式是很有必要的。高車水庫在施工圖階段的基礎開挖設計中，在初步設計的基礎上根據實施階段對基礎探測情況進行合理優(yōu)化，盡可能減小不必要的開挖深度，減少基礎開挖和回填工程量，從而為節(jié)省工程投資提供了技術支撐。

責任編輯 吳 昊

2015-05-22

熊育祥(1971-)，男，高級工程師，主要從事水利水電工程設計及總承包項目管理等方面的工作。